Thiết kế bộ băm xung áp 1 chiều có đảo chiều | Đồ án môn Điện tử Công suất

lOMoAR cPSD| 46342576 BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Đề tài : Thiết kế bộ băm xung áp một chiều có đảo chiều
Giảng viên hướng dẫn : PHẠM THỊ THÙY LINH
Sinh viên thực hiện: LƯU VĂN DƯƠNG
Ngành : CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG
Lớp : D9CNTD 1 Khoá : 2014- 2019
Hà Nội, tháng 7 năm 2017 lOMoAR cPSD| 46342576 LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, điện tử công suất đã và đang đóng 1 vai trò rất quan trọng trong quá trình công
nghiệp hoá đất nước. Sự ứng dụng của điện tử công suất trong các hệ thống truyền động điện
là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tử bán dẫn và việc dễ dàng tự động hoá cho các quá
trình sản xuất. Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tử công suất đem lại hiệu suất
cao. Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các hệ truyền động thông thường
như: Khuếch đại từ, máy phát - động cơ ...
Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong nội dung môn học Điện tử công suất chúng em đã
được giao thực hiện đề tài:Thiết kế mạch băm xung môt chiều có đảo chiều để điềụ chỉnh
đông cơ mộ t chiều kích từ độ c lâp ̣ .
Với sự hướng dẫn tận tình của cô giáo: Phạm Thị Thùy Linh chúng em đã tiến hành
nghiên cứu,thiết kế đề tài và hoàn thành đúng thời hạn được giao.
Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế có hạn chế nên không
thể tránh khỏi sai sót kính mong thầy cô, và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn lOMoAR cPSD| 46342576 MỤC LỤC
Chương 1: Kiến thức tổng quát
1.1 Giới thiệu chung về động cơ kích từ độc lập
1.1.1 Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động
1.1.2Phương trình đặc tính cơ 1.
1.3Các phương pháp điều chỉnh tốc độ
1.2 Giới thiệu chung về bộ băm xung áp một chiều
1.2.1 Khái niệm, phân loại các bộ băm xung áp một chiều 1.2.2 Van IGBT
1.2.3 Phân tích sơ đồ băm xung một chiều có đảo chiều
Chương 2: Nghiên cứu thiết kế tính toán mạch lực 2.1 Thiết kế mạch lực
2.2 Tính toán, lựa chọn các phần tử trong mạch lực
Chương 3: Tính toán thiết kế mạch điều khiển
3.1 Cấu trúc mạch điều khiển
3.2 Chức năng của từng khâu
3.3 Tính toán mạch điều khiển
Chương 4: Mô phỏng mạch lực và mạch điều khiển
4.1 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng PSIM
4.2 Mô phỏng mạch lực và mạch điều khiển
CHƯƠNG 1: KIẾN THỨC TỔNG QUÁT
1.1 Giới thiệu chung về động cơ kích từ độc lập.
1.1.1 Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động.
Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần : Phần tĩnh (stator) và phần động (rôtor)
A,Phần tĩnh (stator) Gồm các phần chính sau: a. Cực từ chính: lOMoAR cPSD| 46342576
Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích
từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện. Cực từ
được gắn chặt vào vỏ nhờ các bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện. b. Cực từ phụ:
Cực từ phụ đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều c. Gông từ:
Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy.
d. Các bộ phận khác - Nắp máy - Cơ cấu chổi than. B, Phần quay (rotor) Gồm các bộ phận sau:
a. Lõi sắt phần ứng:
Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. thông thường dùng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5
mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép
lại thì đặt dây quấn vào
b. Dây quấn phần ứng:
Dây quấn phần ứng là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng điện chạy qua. Thường làm bằng
dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn, trong
máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật. Dây quấn được cách điện với rãnh của lõi thép. c. Cổ góp:
Cổ góp hay còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điện xoay
chiều thành một chiều. cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn cách điện với
nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn. Đuôi vành góp
có cao hơn lên một ít để để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng.
d. Các bộ phận khác:
- Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy.
- Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy thường làmbằng thép Cacbon tốt. lOMoAR cPSD| 46342576
C, Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều: A B -
Hình 1:Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều
Khi cho điện áp 1 chiều U đặt vào 2 chổi than A và B trong dây quấn phần ứng có dòng
điện Iư các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực điện từ Fđt tác dụng
làm cho rotor quay, chiều lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Khi phần ứng quay
được nửa vòng vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau do có phiến góp đổi chiều dòng điện
giữ cho chiều lực tác dụng không đổi đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi. Khi động
cơ quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động Eư chiều của s.đ.đ xác định
theo quy tắc bàn tay phải.
Ở động cơ điện một chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên Eư còn
gọi là sức phản điện động.
Phương trình cân bằng điện áp: U= Eư+Rư.Iư
Trong đó: Rư: điện trở phần ứng
Iư: dòng điện phần ứng ; Eư: sức điện động
Theo yêu cầu của đề bài ta xét hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều kích rừ
độc lập. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có dòng điện kích từ không phụ thuộc
vào dòng điện phần ứng nghĩa là từ thông của động cơ không phụ thuộc vào phụ tải mà
chỉ phụ thuộc vào điện áp và điện trở mạch kích từ.
Hình2 : Sơ đồ nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập lOMoAR cPSD| 46342576
1.1.2 Phương trình đặc tính cơ
Đặc tính cơ là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen (M) của động cơ.
Ứng với chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông...) động cơ vận hành ở chế độ định mức
với đặc tính cơ tự nhiên (Mđm , wđm).
Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các thông số nguồn hay
nối thêm điện trở phụ, điện kháng vào động cơ.
Để đánh giá, so sánh các đặc tính cơ người ta đưa ra khái niệm độ cứng đặc tính cơ β được ΔM Δβ= tính như sau Δω
β lớn (đặc tính cơ cứng) tốc độ thay đổi ít khi M thay đổi β
nhỏ (đặc tính cơ mềm) tốc độ giảm nhiều khi M tăng.
β → ∞ đặc tính cơ tuyệt đối cứng. U CKT
Hình 3: Sơ đồ nguyên lý động cơ điện 1 chiều
Khi nguồn điện 1 chiều có công suất lớn và điện áp không đổi thì mạch kích từ thường
mắc song song với mạch phần ứng.
Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch
kích từ mắc vào 2 nguồn một chiều độc lập. Trường hợp Rf= 0: U= E + Iư.Rư (1)
Trong đó; E= Ke. Φ .n (2) p.n
Ke = 60a : hệ số sức điện động của động cơ
a: số mạch nhánh song song của cuộn dây lOMoAR cPSD| 46342576 p.n
K= 2aπ : hệ số cấu tạo của động cơ
ω : tốc độ góc tính bằng rad/s p: số đôi cực chính
N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng. Uu Ru − Iu
Thế (2) vào (1) ta có: ω = K .φ K .φ (3) Uu Ru − Iu
Hoặc: n= K e.φ Ke.φ (4)
Phương trình (4) biểu diễn mối quan hệ n= f(Iư) gọi là phương trình đặc tính cơ điện.
Mặt khác: M= M= K.Ф.Iư (5): là mômen điện từ của động cơ. Uu Ru −. M
Suy ra: n= K .φ K .φ.K e e
Φ là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập. Uu Ru
Hoặc: ω = K .φ−( K .φ)2 M = ω0−Δω
Trong đó: ω 0 : tốc độ không tải lý tưởng
Δω : độ sụt tốc độ Uu Ru+Rf −2 M
Từ phương trình đặc tính cơ: ω = K .φ ( K .φ) ta nhận thấy muốn thay đổi tốc độ ω ta có
thể thay đổi φ , Rf , U. ΔM β=
Trường hợp Rf thay đổi (Uư= Uđm= const; Ф= Фđm= const):Độ cứng đặc tính cơ: Δω = (Kφdm)2 − lOMoAR cPSD| 46342576 R +R u
f giảm. Nếu Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm đồng thời dòng ngắn mạch và
mômen ngắn mạch cũng giảm. Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn
chế dòng và điều chỉnh tốc độ động cơ ở phía dưới tốc độ cơ bản.
Trường hợp thay đổi U< Uđm U ΔM −(Kφ)2=
Tốc độ không tải ω0=Kφ giảm trong khi độ cứng đặc tính cơ β=Δω = Ru
const. Khi thay đổi điện áp ta thu được 1 họ các đường đặc tính song song. Phương pháp
này được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng khởi động.
Ảnh hưởng của từ thông: Udm ω=
Muốn thay đổi Φ ta thay đổi dòng kích từ Ikt khi đó tốc độ không tải Kφ tăng. ΔM −( Kφ)2
Độ cứng đặc tính cơ: β= Δω = Ru giảm.
1.1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ Theo
lý thuyết máy điện ta có phương trình sau:
U−Rư . Iư n (1.2) K E . kt
Từ phương trình trên ta thấy n ( tốc độ của động cơ) phụ thuộc vào từ thông θ, điện trở
phần ứng R, điện áp phần ứng U. Vì vậy để điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều có 3 phương án. a.
Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông ∅
Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
Hình 4: Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
Đồ thị trên cho thấy đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều ứng với các giá trị
khác nhau của từ thông. Khi từ thông giảm thì n0 tăng nhưng ∆n còn tang nhanh hơn do đó ta
mới thấy độ dốc của các đường đặc tính cơ này khác nhau. Chúng sẽ hội tụ về điểm trên trục lOMoAR cPSD| 46342576
hoành ứng với dòng điện rất lớn: Iư=U/Rư. Phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ lớn hơn
tốc độ định mức. Giới hạn trong việc điều chỉnh tốc độ quay bằng phương pháp này là 1:2; 1:5; 1:8.
Tuy nhiên có nhược điểm khi sử dụng phương pháp là phải thực hiện các biện pháp khống
chế đặc biệt do đó cấu tạo và công nghệ chế tạo phức tạp, khiến giá thành máy tăng.
b. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf trên mạch phần ứng. Ta có: U−Rư . Iư n E . kt
Từ thông không đổi nên n0 không đổi, chỉ có ∆ n là thay đổi. Một điều dễ thấy nữa là
do ta chỉ có thể đưa thêm Rf, chứ không thể giảm Rư nên ở đây chie điều chỉnh được tốc
độ dưới tốc độ định mức.
Do Rf càng lớn đặc tính cơ càng mềm nên tốc độ sẽ thay đổi nhiều khi tải thay đổi (từ
đồ thị cho thấy, khi I biến thiên thì ứng với cùng dải biến thiên của I đường đặc tính cơ
nào mềm hơn tốc đọ sẽ thay đổi nhiều hơn).
Tuy nhiên phương pháp này làm tang công suất giảm hiệu suất.
Hình 5: Đồ thị đặc tính khi tải thay đổi
c. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp. lOMoAR cPSD| 46342576
Hình 6: Đồ thị đặc tính khi điện áp thay đổi
Phương pháp này cho phép điêu chỉnh tốc độ cả tên và dưới định mức. Tuy nhiên do cách
điện của thiết bị thường chỉ tính toán cho điện áp định mức nên thường giảm điện áp U. Khi
U giảm thì n0 giảm nhưng ∆ n là hằng số nên tốc độ n giảm. Vì vậy thường chỉ điều chỉnh tốc
độ nhỏ hơn tốc độ định mức. Còn nếu lớn hơn thì chỉ điều chỉnh trong phạm vi rất nhỏ.
Đặc điểm quan trọng của phương pháp là khi điều chỉnh tốc độ thì moomen không đổi
vì từ thông và dòng điện phần ứng không thay đổi (M= CM.θ.Iư)
Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ trong giới hạn 1:10, thậm chí cao hơn có thể đến 1:25.
Phương pháp chỉ dùng cho động cơ điện một chiều kích thích độc lập hoặc song song làm
việc ở chế độ kích từ độc lập.
1.2 Giới thiệu chung về bộ băm xung áp một chiều
1.2.1 Khái niệm, phân loại các bộ băm xung áp một chiều a. Khái niệm chung.
Bộ băm điện áp một chiều cho phép từ nguồn điện một chiều Us tạo ra điện áp tải Ura cũng
là điện áp một chiều nhưng có thể điều chỉnh được. BBĐ một Ura chiều US Ura t1 t2 T
Hình 7: Sơ đồ tổng quát và dạng điện áp đầu ra
Ura là một dãy xung vuông (lý tưởng) có độ rộng t1 và độ nghỉ t2. Điện áp ra bằng
giá trị trung bình của điện áp xung: Ura = γ .Us (γ=t1/T). Nguyên lý cơ bản của các bộ biến
đổi này là dùng quy luật đóng mở các van bán dẫn công suất một cách có chu kỳ để điều
chỉnh hệ số γ đảm bảo thay đổi được giá trị điện áp trung bình trên tải. lOMoAR cPSD| 46342576
b. Phân loại các bộ băm xung áp.- Bộ băm xung áp song song -
Bộ băm xung áp nối tiếp.
- Bộ băm xung áp song song và nối tiếp hỗn hợp. 1.2.2 Van IGBT
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor): Transistor có cực điều khiển cách ly là
một linh kiện bán dẫn công suất 3 cực được phát minh bởi Hans W. Beck và Carl F.
Wheatley vào năm 1982. IGBT kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khả
năng chịu tải lớn của transistor thường. Mặt khác IGBT cũng là phần tử điều khiển bằng
điện áp, do đó công suất điều khiển yêu cầu sẽ cực nhỏ. a. Đặc điểm cấu tạo
IGBT rất giống với MOSFET, điểm khác
nhau là có thêm lớp nối với collector tạo nên cấu
trúc bán dẫn p-n-p giữa emiter (tương tự cực
gốc) với collector (tương tự với cực máng), mà
không phải là n-n như ở MOSFET. Vì thế có thể
coi IGBT tương đương với một transistor p-n-p
với dòng base được điều khiển bởi một MOSFET. Hình 8: cấu tạo van IGBT
b. Điều khiển mở van, khóa van -
Do cấu trúc n-p-n mà điện áp thuận giữa C và E trong chế độ dẫn dòng ở
IGBT thấp hơn hẳn so với Mosfet. Tuy nhiên do cấu trúc này làm cho thời gian đóng
cắt của IGBT chậm hơn so với Mosfet, đặc biệt là khi khóa lại. Trên hình vẽ thể hiện
cấu trúc tương đương của IGBT với Mosfet và một Tranzitor p-n-p. Ký hiệu dòng
qua IGBT gồm hai thành phần: i1 dòng qua Mosfet, i2 dòng qua Tranzitor. Phần
Mosfet trong IGBT có thể khóa lại nhanh chóng nếu xả hết được điện tích giữa G và
E, do đó dòng i1= 0, tuy nhiên i2 sẽ không suy giảm nhanh chóng được do lượng
điện tích lũytrong (tương đươngvới bazo của cấu trúc p-n-p) chỉ có thể mất đi do quá
trình tự trung hòa điện tích. Điều này xuất hiện vùng dòng điện kéo dài khi khóa IGBT. -
Sơ đồ thử nghiệm một khóa IGBT: lOMoAR cPSD| 46342576
Hình 9: Sơ đồ thử nghiệm IGBT
Quá trình mở của IGBT
- Quá trình mở IGBT diễn ra giống với quá trình này ở Mosfet khi điện áp điều khiển
vào tăng tử 0 đến giá trị Ug. Trong thời gian trễ khi mở Io tín hiệu điều khiển nạp điện cho tụ
Cgc làm điện áp giữa cực điều khiển và emite tăng theo quy luật hàm mũ từ 0 đến giá trị
ngưỡn Uge( 3 đến 5v). Chỉ bắt đầu từ đó Mosfet trong cấu trúc của IGBT mới bắt đầu mở ra.
Dòng điện giữa colecto-emite tăng theo quy luật tuyến tính từ 0 đến dòng tải Io trong thời
gian Tr.Trong thời gian Tr điện áp giữa cực điểu khiển và emite tăng đến giá trị Uge xác định
giá trị dòng Io qua colecto. Do diode Do còn đang dẫn dòng tải Io nên điện áp Uce vẫn bị
găm lên mức điện áp nguồn 1 chiều Udc. Tiếp theo quá trình mở diễn ra theo 2 giai đoạn T1
và T2. Trong suốt hai giai đoạn này điện áp giữa cực diều khiển giữ nguyên Uge để duy trì
dòng Io, do dòng điều khiển hoàn toàn là dòng phóng tụ Cgc. IGBT vẫn làm việc trong chế
đô tuyến tính. Trong giai đoạn đầu diễn ra quá trình khóa và phục hổi của diode Do dòng phục
hồi của diode Do tạo nên xung dòng trên mức dọng Io của IGBT. Điện áp Uce bắt đầu
giảm.IGBT chuyển điểm làm việc qua vùng chế độ tuyến tính để sang vùng bão hòa. Giai
đoạn 2 tiếp diễn quá trình giảm điện trở trong vùng thuần trở của colecto dẫn đến điện trở
colecto-emite về đến giá trị Ron khi bão hòa hoàn toàn Uce= IoRon.
Sau thời gian mở Ton khi tụ C đã phóng điện xong, điện áp giữa cực điều khiển và emito
tiếp tục tăng theo quy luật hàm mũ với hằng số thời gian CR đến giá trị cuối cùng Ug. lOMoAR cPSD| 46342576
Hình10: Quán trình khóa van IGBT
Quá trình khóa IGBT lOMoAR cPSD| 46342576
Hình 11: Quán trình khóa van IGBT
c. Các thông số cơ bản của van
Khi chọn van IGBT ta cần chú ý đến các thông số cơ bản Uce max, Uce bão hòa, Ic (A), P (w), R(K/W). 1.2.3
Phân tích sơ đồ băm xung một chiều có đảo chiều
Ở đây ta sử dụng van bán dẫn IGBT. Bộ BXMC dùng van điều khiển hoàn toàn
IGBT có khả năng thực hiện điều chỉnh điện áp và đảo chiều dòng điện tải . Trong các
hệ truyền động tự động có yêu cầu đảo chiều động cơ do đó bộ biến đổi này thường
hay dùng để cấp nguồn cho động cơ một chiều kích từ độc lập có nhu cầu đảo chiều quay.
Các van IGBT làm nhiệm vụ khoá không tiếp điểm .Các Điôt Đ1,Đ2,Đ3,Đ4 dùng.để
trả năng lượng phản kháng về nguồn và thực hiện quá trình hãm tái sinh.
Có các phương pháp điều khiển khác nhau như : Điều khiển độc lập,điều khiển
không đối xứng và điều khiển đối xứng .
Hình 12: Sơ đồ mạch lực
a.Phương pháp điều khiển độc lập
Nếu ta muốn động cơ chạy theo chiều nào thì ta sẽ chỉ cho một cặp van chạy ,cặp còn lại sẽ khoá.
+Muốn cho động cơ quay thuận cho S1,S2 dẫn ,S3,S4 nghỉ .
+Muốn cho động cơ quay nghịch cho S1,S2 nghỉ ,S3,S4 dẫn . lOMoAR cPSD| 46342576
b.Phương pháp điều khiển riêng
Chế độ hoạt động:
+Trong khoảng 1: S1 và S2 được kích dẫn, S3 và S4 được kích tắt, động cơ được nối
với nguồn U, dòng qua phần ứng tăng đến giá trị Imax.
+Trong khoảng 2:S1và S2 được kích tắt,S3 và S4 được kích dẫn,nhưng do tải có tính
cảm kháng nên dòng điện phần ứng khép mạch qua D3 và D4 về nguồn, S3 và S4 bị đạt
điện áp ngược bởi hai diode D3 và D4 nên khoá, dòng id giảm từ Imax về 0
+Trong khoảng 3:S3 và S4 được kích dẫn, điện áp đặt lên động cơ là –U, dòng id tăng
theo chiều ngược lại (giảm từ 0 về Imin theo chiểu dương). lOMoAR cPSD| 46342576
+Trong khoảng 4: S3 và S4 được kích tắt, S1 và S2 được kích dẫn, nhưng do trước đó
dòng id chạy theo chiều ngược lại nên dòng id tiềp tục chảy theo chiều cũ, khép mạch qua
các diode D1 và D2 về nguồn; S1 và S2 bị đặt điện áp ngược bởi hai diode D1 và D2
phân cực thuận nên khoá, do đó id giảm theo chiều ngược lại từ Imin về 0.
c.Phương pháp điều khiển không đối xứng
Giả sử động cơ quay theo chiều thuận (động cơ sẽ làm việc ở góc phần tư thứ 1và
thứ 2) tương ứng với cặp van S1,S2 làm việc ,S3 luôn bị khoá ,S4 được đóng mở ngược pha với S1.
Bộ BXMC có 3 trạng thái làm việc : lOMoAR cPSD| 46342576
Trạng thái 1: E>Et : Động cơ làm việc ở góc phần tư thứ nhất .Năng lượng cấp cho
động cơ được cấp từ nguồn thông qua các van S1,S2 dẫn trong khoảng 0 t1 .
+Trong khoảng t1 T :Năng lượng tích trữ trong điện cảm sẽ duy trì cho dòng điện theo chiều
cũ và khép mạch qua S2,Đ4.
Trạng thái 2: E+Trong khoảng 0 t1 :Động cơ trả năng lượng về nguồn thông qua các Điôt Đ1,Đ2 (IĐ1=IĐ2=It)
+Trong khoảng t1 T :S4 dẫn ,dòng tải khép mạch qua Đ2 ,S4 (IĐ2=IS4=It) Trạng
thái 3: E=Et :
+Trong khoảng 0 t0: Et > E :Động cơ trả năng lượng về nguồn qua Đ1 và Đ2 (IĐ1=IĐ2=It)
+Trong khoảng t0 t1 : E>Et : Động cơ làm việc ở chế độ động cơ Năng lượng từ
nguồn qua S1 , S2 cấp cho động cơ
+Trong khoảng t1 t2: S1 khóa ,S4 mở .Năng lượng tích luỹ trong điện cảm sẽ cấp
cho động cơ và duy trì dòng điện qua Đ2 ,Đ4
+Trong khoảng t2 T :Khi năng lượng dự trữ trong điện cảm hết ,suất điện động động
cơ sẽ đảo chiều dòng điện và dòng tải sẽ khép mạch qua S4 ,Đ2
Để động cơ làm việc theo chiều ngược lại ,luật điều khiển các van sẽ thay đổi theo chiều
ngược lại. Trong trường hợp này, van S3 và S2 dẫn ngược nhau, vanS4 luôn dẫn, van S1 luôn khóa.
Các biểu thức tính toán:
+-Giá trị dòng trung bình qua tải dit
Ta có L. + R.it + E = U dt 1T T Do đó T . 0 0 R.it
dtEt.dt = U t.dt R.It + E = γ U lOMoAR cPSD| 46342576 => I −E t = γUR
+ Dòng trung bình qua van Is = L .
U (1−b1−1)(1−a1.b1) R T .(1−a1) −t tn Với a1 = e b τ
1 = e τ Rút gọn ta có Is = γIt +Dòng trung bình qua Diot ID =
U .L.(1−1a−1.ba11)(1−b1−1) - ER (1−γ )=(1−γ)It
+ GIá trị trung bình điện áp ra tải Ut = γU
Vậy để điều khiển động cơ ta chỉ cần điều khiển γ để điều chỉnh điện áp ra tải
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH LỰC 2.1 Thiết kế mạch lực
Sơ-đồ-mạch-lực-như-sau:
Chức năng từng phần tử trong mạch:
- Nguồn V: điện áp một chiều cung cấp cho động cơ. lOMoAR cPSD| 46342576
- Diot: bảo vện điện áp ngược đặt lên 2 đầu của van IGBT
2.2 Tính toán lựa chọn các phần tử trong mạch a) Tính toán động cơ:
Thông số động cơ: P= 1kW, Udm= 200V, Idm= 10A, Ikt=0.5A, ndm=3000v/p Tốc
độ định mức của động cơ: dm=¿¿ ndm 3000 (rad/s) w = =314 9.55 9.55 Điện trở phần ứng
Rư= 0.5(1-Udm.IdmPdm)= 0.5(1- 1000 )= 0.25(Ω). Điện áp phần ứng:
E =Udm- . Idm= 200-0.27x10=220 - 2.5= 117.5 v ư Rư b) Lựa chọn Diot:
Diot công suất được lựa chọn dựa vào các yếu tố cơ bản: dòng tải, sơ đồ đã chọn,
điều kiên tản nhiệt, điện áp làm việc. Các thông số cơ bản của van Diot được tính toán
như sau: khi bỏ qua sự sụt áp trên các van
+Dòng điện trung bình chạy qua Diode ID = (1- γ )It Với giá trị dòng điện định mức động cơ là Itđm =18(A)
Chọn chế độ làm mát là van có cánh toả nhiệt với đủ diện tích bề mặt và có quạt thông
gió, khi đó dòng điện làm việc cho phép chạy qua van lên tới 50 % Idm
Lúc đó dòng điện qua van cần chọn : Iđmv = ki Imax =18/0.5=36(A)
Qua các biểu đồ ta thấy :Điện áp ngược cực đại đặt lên mỗi Diode (bỏ qua sụt áp trên
các van ) là: Ungmax=E=200(V)
Chọn hệ số quá điện áp ku = 2 nên Ungv =ku.Ungmax = 2*200=400(V). c) Lựa chọn van IGBT
Xuất phát từ yêu cầu về công nghệ ta phải chọn van bán dẫn là loại van điều khiển hoàn toàn là IGBT.
+Tính dòng trung bình chạy qua van: Qua phân tích các mạch lực trên ta thấy:
Dòng điện trung bình chạy qua van lµ : IS = γ It lOMoAR cPSD| 46342576
Với giá trị dòng điện định mức động cơ là Itđm =18(A)
+ Chọn chế độ làm mát là van có cánh toả nhiệt với đủ diện tích bề mặt và có quạt
thông gió, khi đó dòng điện làm việc cho phép chạy qua van lên tới 50 % Idm.
Lúc đó dòng điện qua van cần chọn : Iđmv = ki Imax =18/0.5=36(A).
Qua các biểu đồ ta thấy :Điện áp ngược cực đại đặt lên mỗi Diode (bỏ qua sụt áp trên
các van ) là Ungmax=E=400(V).
Chọn hệ số quá điện áp ku = 2 nên Ungv =ku.Ungmax = 2*200=400(V). Dòng Điện-áp Điện-áp Công-suất điện R Loại NSX Vcemax Vgeth Ptotmax I (K/R) (V) Cmax-(A)-ở (V) (W) 25oC eupec BSM50GB60DLC GmbH 600 75 5,5 250 0.5
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
3.1 Cấu trúc tổng quát của mạch điều khiển
Sơ đồ khối mạch điều khiển: So sánh Cực điều khiển IGBT Uph
3.2 Chức năng của từng khâu
a) Khâu tạo dao động và khâu tạo điện áp tam giác.
Người ta thường dùng khuếch đại thuật toán để tạo ra xung chữ nhật và xung giác.